S數據的城市動態結構研究探索*
——以黔西南州興義市為例

張 珣 楊俊宴 Simon Marvin[英國] ZHANG Xun, YANG Junyan, Simon Marvin[UK]

0 引言

“脆弱性”這一概念開始出現在20世紀70年代的自然災害研究中，并受到了地理學以及相關學科的廣泛關注與運用。而關于城市生態脆弱性、脆弱生態環境、生態脆弱地區等概念的定義，也基本是在“脆弱性”的概念上衍生而來的。由于不同領域的研究視角不同，對生態脆弱等一系列概念體系的定義也存在很多差異。《脆弱生態的概念及分類》是較早的一篇討論生態脆弱性概念的文章[1]；趙躍龍認為當生態環境退化程度超過了現有社會經濟和技術水平下能長期維持目前人類的利用和發展水平時，稱為脆弱生態環境[2]；劉燕華、李秀彬等在《脆弱生態環境與可持續發展》一書中總結了國內外學者對生態環境脆弱性的研究，在此基礎上系統地闡述了脆弱性的概念、理論和研究方法，并對生態脆弱地區的定義及分布進行總結[3]。結合以往學者對相關概念的探討，可以發現，生態脆弱性是自然因素和人為因素共同作用的結果，無論其發展成因、表現形式和脆弱程度如何，都是在特定時空尺度下生態系統對于外界干擾所表現出的敏感反應和自我恢復能力。

生態脆弱性是全球環境變化和可持續發展研究的核心問題之一，科學認識生態環境的脆弱性并進行合理有效的生態管控、資源配置與規劃引導，促進社會的可持續發展，已成為當代緊迫而又艱巨的任務。目前，關于脆弱生態環境的研究除概念體系外，主要選取特殊地理地貌環境為研究對象，重點進行生態脆弱性的成因分析、測度評價、時空演化等方面研究。蘇維詞在闡述貴州喀斯特地區生態環境脆弱性基本特征的基礎上，著重分析了其成因機理[4]；牛文元利用集合論的數學方法奠定了國內生態環境脆弱度量化研究的基礎[5]，其后GIS和遙感技術的整合使生態環境脆弱性的研究層次與方法得到明顯的提升[6-9]；蔡海生、胡曉芬、楊俊等人則通過在時間軸上疊加分析多時段的生態環境脆弱性分布，研究區域脆弱性的空間分布變化特征[10-12]。此外，對生態脆弱地區的研究也越來越關注人文與自然要素綜合作用下的耦合發展路徑，主要集中于脫貧路徑、旅游模式、人居環境提升等方面[13-15]。

對人地關系的認識是地理學的研究核心，也是時代發展的核心問題。目前國內外關于脆弱生態環境的研究成果數量巨大且較為成熟，但其與人群活動、城市時空行為的交叉研究尚未受到足夠重視。基于脆弱生態視角對人群活動展開研究的成果極度缺乏，當然這也與昔日生態脆弱地區缺乏充足大數據支持的歷史條件有一定關聯，數據的缺失使得對人群活動特征難以進行有效、準確的測度，因而難以挖掘與研判脆弱生態制約下人群活動的特殊性。

然而，在數字化技術飛速發展與廣泛應用的大數據時代，以位置服務技術（Location based service，LBS）為代表的定位技術的快速發展為個體時空數據的采集提供了新的契機，高顆粒度、高精度的海量動態數據也為特殊環境條件下人群活動的研究提供了新的視角[16-18]。對這類數據進行挖掘，既能奠定前期分析夯實的數據基礎，也能夠通過實時動態的手段將人群活動規律呈現出來，為揭示人群活動特征、討論城市結構問題提供了新的技術途徑，對城市設計策略的可行性研究起到了極為重要的支撐作用。

因此，本文立足于生態脆弱地區環境的特殊性，在關注其生態環境特征的基礎上，基于LBS大數據，以人的行為活動為研究主體挖掘出特殊地域環境下人群活動呈現出的總體特征與動態結構，探究脆弱的生態環境制約下人群活動的特殊性以及城市結構的內在問題，從而為此類生態脆弱型地區的人居環境提升提供科學的城市設計策略指引。信息都已刪除①LBS大數據中用戶的年齡、性別等信息是數據公司以用戶長期使用APP習慣方式、以用戶畫像方式解析推導，不是直接的個人信息，因此不涉及個人隱私。。表1即為某一手機用戶在某一日的n條數據。

1 數據綜述

1.1 數據來源

高精度的LBS數據常包含大量精細的地理空間信息，能夠較為真實地整合分析人群的行為活動規律。本文使用數據為2018年10月連續31日的手機LBS定位數據，來源于中國最大手機信息推送服務商，涵蓋數據范圍為興義市域。該數據是用戶使用移動互聯網的定位請求時所激發的事件觸發數據，來自多種APP，即用戶在各種APP進行登錄、搜索、發送和接收信息、推送等事件所形成的即時地理位置數據。通過將不同APP推送服務獲得的手機用戶列表進行查重歸并，可以獲得海量手機用戶的連續性的時空軌跡數據。數據為匿名形式，除了用戶時空位置的經緯度坐標信息，其余個人

1.2 數據處理

對興義市LBS數據進行預處理，檢測出3種典型的無效數據，分別是：缺失數據、重復數據和錯誤數據。產生原因主要是通信網絡和服務器受到傳輸干擾和系統出錯等因素。通過對數據的清洗，可以確保后續運算的正常進行，以及運算結果的可信度。各類無效數據的具體處理方法如表2所示。

按照出行特征，LBS數據軌跡點被分為停留點和經過點。其中，停留點是指手機用戶在該點停留一段時間且具有明確行為的點；經過點則是出行軌跡中的一個蹤跡點，沒有明確行為意義。因此，停留點的識別對于人群活動更具有研究意義。在進行人群活動分布時空特征的研究之前，首先需要識別并提取出所有具有行為意義的停留點。

本文選用ST-DBSCAN聚類算法進行興義LBS數據停留點的識別，其中控制因素為時間和空間兩個因素。將30 min時間段內、200 m半徑距離內的區域定義為手機用戶的停留區域（見圖1）。當手機用戶在移動過程中時，經過點之間的距離較遠；而當手機用戶不在移動過程中時，停留點的位置相對靠近，即用戶在停靠點區域內活動。為了確定停留點的位置，對停留區域內的所有軌跡點特征進行數據處理。取其經緯度的平均值作為新停留點的位置信息；取停靠區域中的第一個與最后一個軌跡點的發生時間，作為新停留點的起始時間與結束時間。

表1 手機用戶LBS數據信息

2 興義市作為生態脆弱型城市的發展態勢

表2 數據處理方法

2.1 研究區域概況

興義市位于貴州省西南部，地處黔、滇、桂三省結合部的中心地帶，是黔西南州府所在地。興義市境內地勢西北高、東南低，山巒起伏、河流縱橫，喀斯特地形地貌占71.5%，丘陵占20.5%，平壩占7.2%，村莊、河流占0.8%，呈現出明顯的喀斯特地形地貌特征，自然資源極其豐富。同時，其豐富多樣的地貌特征又賦予了這座城市得天獨厚的旅游資源，使之成為國內知名旅游城市。

本文以興義市為研究對象，一方面期望基于所獲取的興義市手機LBS數據探究城市人群活動的時空特征，彌補目前時空間行為研究在西部地區的欠缺，進一步提供關于西部城市的案例論證；另一方面，由于興義市具有獨特的喀斯特地貌特征，在脆弱生態制約下城市總體動態結構所呈現出的特殊性更值得探究與發掘，從而為后期城市規劃與設計提供科學依據。

圖1 停留點識別示意圖

2.2 生態格局分析

（1）喀斯特地貌的生態特征

黔西南州地處世界3大喀斯特地貌集中分布區之一的東亞片區，為我國西南喀斯特地質風貌分布中心[19]。該區地形起伏大，地質條件復雜，呈現出系統抗干擾能力弱、邊緣效應顯著、環境承載力低等一系列生態脆弱性特征。

（2）生境網絡特征

興義市地處云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，總體呈現出由西北向東南逐級階梯狀降低的河間高原山地景觀。市域范圍內的山體、各級核心保護區以及不同級別的公園綠地構成了興義市域主要的生境版塊；南盤江、馬別河、黃泥河等河流則構成了市域內的主要生態廊道（見表3）。

2.3 發展問題初判

（1）喀斯特地區的多重生態制約

由于興義市處于典型的喀斯特地形風貌區，石漠化蔓延、水土流失所導致的生態脆弱性成為喀斯特地區面臨的共性問題。如何在生態條件的制約下，促進興義市的可持續發展是首先需要重視的問題。

（2）生境網絡亟待完善

現狀興義市城市內部各級自然保護區在市域范圍內分布并不均衡，主要分布于城市北部的中心城區，且局部距離較遠，保護區之間為大片山地或連續建成區，缺乏安全、充分的廊道聯系。從中心主城的連續建成區來看，依托各類城市綠地形成的生境斑塊零碎分散，未能形成良好的生境網絡。

（3）資源優勢的凸顯利用

盡管興義市正面臨生態環境脆弱、生境網絡有待完善的問題，但其典型的喀斯特地貌景觀也相應帶來了獨特的景觀資源，外圍山體與城內山包及支流共同構成了興義中心主城區“萬峰郭外環，四水城中繞”的特色山水格局。此外，豐富的林地資源、旅游資源等各類資源雖尚未得到較好的開發，但卻有著較大的游憩利用價值。

3 脆弱生態制約下的人群活動時空特征

本文以生態脆弱城市興義市為例，從總體上分析了多尺度的人群活動分布特征，并選取承載主要人群活動的興義片區，對其1日24 h不同時間切片下的城市人群動態分布進行定量測度，進而挖掘城市人群動態聚散的時空間規律，為城市動態結構的特征與問題發掘提供依據。

3.1 人群活動分布的總體特征

從興義市域來看（見表4），人群活動分布集中于興義市域中部偏北區域，該區域即為本文研究的核心區域，稱為興義片區。而周邊地區由于以大片的非建設用地為主，生態承載力低，村鎮人口規模較小，人群活動呈零星分布。

表3 生境網絡要素表

從興義片區來看，該區域人群活動總量最大、集聚程度最高，是興義全市最主要的人群活動承載地。盡管興義片區用地面積僅為414 km2，占興義市域用地面積的比例約為14.2%，但其日均人群活動密度為41.34萬人/hm2，一日人群活動總量占興義全市總量近80%。

經宏觀市域層面與中微觀片區層面的人群整體活動對比可見：

（1）生態脆弱地區人群活動范圍相對集中。

盡管興義市域范圍內地域廣大，但不利地形居多，石漠化、水土流失等生態脆弱性特征顯著，耕地、水資源稀缺且質量相對低下，適宜人群活動以及城市建設的空間較為局促；而興義片區坐落在市域中部兩級較平坦的臺階之上，主要以巖溶地貌為主，且建設用地相對連續，生活、生產條件相對較高，因而成為城市人群活動的主要承載地。

（2）自然山體與水文條件分隔了片區內各組團的人群活動，現狀核心保護片區的分布則相對偏離于人群活動的分布。

通過將興義片區內的生境網絡要素與人群活動總體分布進行耦合分析，可以發現，在興義片區內山體、河流等自然要素的分隔下，片區內西北方向的黃草—坪東—木賈組團、西南方向的興泰—下五屯組團、東北方向的桔山組團以及東南方向的豐都組團等發展單元，天然形成了“掌式”的城市空間布局，分別形成了不同等級的多點式分布的活動集聚承載地。

而現狀核心保護地主要分布于興義主城片區的偏遠地帶，馬嶺河流域、萬峰林國家森林公園保護區等地的人群活動分布密度顯著較低，可見保護區承載了城市極少的人群活動，其景觀資源的游憩價值尚未得到充分彰顯。

（3）片區級人群活動分布特征與生境要素中的公園綠地分布的重合度較高。

興義片區內人群活動呈現出“多中心、分散式分布”的特征，總體上與生境要素中城市公園綠地的分布較為吻合。

具體來看，位于舊城區的黃草街道是人群活動最為密集的區域，也是城市綠地、公園建設分布最密集的地區，該地帶地形較為平緩，集聚了城市大部分公共服務設施，且人群活動與公園綠地的重合度最高，形成了一級人群集聚中心；桔山新區南側則形成了另一人群集聚中心，但與城市公園綠地的分布存在相對錯位的現象；坪東街道、興泰街道、下五屯街道內雖也形成多個二級人群集聚中心，但其公園綠地分布密度也相對較低；外圍的烏沙鎮、馬嶺鎮、萬峰林街道等由于現狀建設程度有限，主要為大片城市綠地，且地形起伏較大，因而并未呈現出較高的人群集聚特征。

3.2 人群動態聚散的時空規律

3.2.1 人群活動的時間波動特征

通過1日內城市人群活動的時間波動分析（見圖2），可以從整體上把握城市人群活動的節奏。從測度結果來看，興義片區內的人群活動主要存在5個時間段落的波動趨勢，分別是夜間段0:00—6：00、早間段6:00—10：00、日間波動段10:00—15：00、日間平穩段15:00—18:00，晚間波動段18：00—23:00。可見，夜間為城市一日中的活力低谷，人群活動總量持續減少；6:00是城市的“蘇醒時刻”，早間通勤段人群活動總量持續增加；日間的人群活動總量在12：00達到峰值，15:00—18:00則是城市較為穩定的活力混合段；18:00以后，由于混合了人群歸巢、夜生活、夜眠等行為，呈現出先增后減再驟降的波動特征。

3.2.2 人群聚散的空間流動特征

基于手機LBS數據獲取的興義市1天24 h人群活動數據，對其進行時間切片，并運用核密度分析法將各個時段人群空間分布的聚集程度進行可視化，從而以動態視角判斷人群流動時空規律（見圖3）。從分析結果中可以看出，位于城市中心的黃草街道、東部桔山街道分別為城市人群活動頻度最高的兩大活動中心，且在絕大多數時段都與其他街道的人口分布密度差距顯著。周邊的木賈街道、下五屯街道卻是人群活動的冷點，人群活動密度較低，呈現出“鬼城”特點。

表4 興義市域與中心城區情況對比表

圖2 人群活動總量的1日波動變化圖

從人群聚散時間節點來看，8:00—10:00黃草街道、桔山街道開始出現多個人群高密度集聚中心；12:00人群活動密度達到峰值，12:00—18:00人群集聚中心的整體分布較為穩定，部分人群活力簇群在小范圍內跳躍、流動；18:00人群逐漸從熱點集聚區回流，熱點開始收縮；22:00以后人流明顯較白天減少，收縮集聚趨勢顯著。

從人群流動拓展方向來看，桔山街道內人流動態遷移的特征最為顯著，黃草街道的人群集聚中心則較為固定，動態流動性相對桔山新城較弱；坪東街道、興泰街道則呈現出更為平緩的流動特征，雖形成幾處集聚，但集聚等級相比于老城與新城明顯降低；外圍木賈街道、豐都街道則形成了主城外圍的飛地，片區相對獨立，雖已進行了一定規模的房產建設，但人口集聚程度以及動態流動有限。

總的來說，興義片區總體的潮汐現象并不顯著，這有別于我國東部多數平原地區。人流波動范圍較小，但各街道內部的穿梭式流動較為頻繁，呈現出“靜水流深、短幅震蕩”的獨特性。由于生態脆弱、地形條件、經濟發展等因素的限制，興義片區1日內產生潮汐交通的概率較低，就近活動是眾多人群的主動選擇。

4 脆弱生態制約下的城市總體動態結構

4.1 重點地區的人群動態結構

根據相關文獻查閱以及規劃的相關經驗，可將城市人群動態活動類型歸納為放縮、遷移、漲落、生滅和凹平5種基本模式（見表5）。在此基礎上，對識別出的多處重點地段進行現狀人群活動模式解析，共劃定20處特征區，從而對城市內部人群動態活動的結構性特征進行研判（見圖4）。

從解析結果來看，放縮性的人群動態活動分布主要有3處。其中，一處分布在老城區域，以興義民族師范學院及黔西南州中醫院為核心，北起湖南街，南至沙井街，西至沙井北路，東至北京路；一處分布于新城的桔山街道，位于以康居廣場為核心的平安路與神奇東路交界處；還有一處則分布于距離城市中心較遠的木賈街道，位于吉祥綜合農貿市場附近區域，但與新老城相比，人群活動密度相對較低。通過放縮活動特征區的分布可以發現，由于公共服務職能與居住用地的高混合度，這些區域人群的活動需求在較小范圍內即能得以滿足，因而人群活動形成了顯著的放縮型特征，且該地段也因此成為恒定的活力熱點。

遷移構成了興義人群最主要的動態活動結構特征，共識別出12處。其中，東部桔山新城中的遷移性特征最為顯著，這與其商務、商辦等公共職能集聚以及對人群的就業吸引密切相關。具體來看，桔山街道中的遷移活動特征區主要分布于桔山大道、桔豐路、萬峰大道等沿線，且主要集中于桔山街道的中部、南部、東南部。此外，黃草街道、下五屯街道、坪東街道等也都識別出遷移特征區，但相比桔山街道，遷移活動更為平緩，集聚程度較低。

漲落性的動態活動則具有較高的識別度，分別在新城和老城形成了3大明顯的活力簇群。其中，東部新城中桔山大道與桔康路、金北路的交界處為最大的簇群，因而產生了潮汐現象。另外2處分別位于遵義路與向陽路、園陵路的交界處以及云南街與雙橋街的交界處。通過漲落動態活動特征區的分布可以發現該區域主要分布了城市的就業空間，由于對人群就業的吸引而產生了潮汐現象。

生滅區與凹平區的空間分布則主要位于城市相對外圍的片區以及各街道的交界處，由于人群活動的集聚程度較低而呈現出一些熱點與洼地的現消特征。具體來看，桔山街道的北端與新城中心之間形成了1處顯著的凹平區，說明桔山街道的北部與桔山中心之間缺乏有機聯系而出現了活力洼地。

圖3 興義市人群1日24 h活動密度分布

4.2 城市動態結構的總體特征與問題

人群動態活動的內在機制是城市功能的聯系，城市動態結構模式則彰顯城市不同地段的人群活動聚散變化及城市空間聯系的特征。基于對脆弱生態制約下城市動態結構模式的挖掘與解析，可以進一步以人群活動的動態視角窺探發現人群活動靜態分布特征背后的城市結構性問題及其與脆弱生態環境之間的關系。

（1）生態脆弱地區的人群活動整體連續性較弱，動態軸廊并不凸顯。

不同的人群動態活動特征區的分布彰顯出興義主城片區“靜水流深，短頻震蕩”的動態結構特征，且初步呈現沿各城市交通廊道指狀布局的特征，但人群的活動范圍較為穩定，城市整體的流動性不強。具體來看，桔山街道與黃草街道作為人群活動最為集聚的區域，人群的動態流動性也相對顯著，桔山大道、桔豐路、神奇東路等形成了連續的城市動態軸廊；坪東街道、下五屯街道等板塊人群活動分布則相對穩定，西北方向的坪東大道、西南方向的富民路等雖沿線形成了幾處人群來回的波動，但人群活動空間的整體連續性較弱，尚未形成顯著的動態軸廊，側面反映出城市活力網絡的斷層與破碎。

（2）宏觀山水格局與人群動態活動特征區的聯系較為薄弱，特色景觀彰顯度低。

山脈、峽谷構建出興義立體化喀斯特地貌的特色視覺空間體系，形成了山環水穿的整體山水格局。但從主城區整體人群的活動空間拓展來看，城市山環水穿的景觀優勢與人群動態活動特征區的分布并未形成緊密聯系，而是出現了“人在城中，景在城外”的斷層與割裂現象。人群在有限、集聚的城市發展空間中穿梭流動，而作為宏觀生境網絡構成部分的廊道斑塊等水綠景觀并未成為積極的活動空間。這一方面體現了人群活動未對區域的生態環境帶來沖擊，另一方面則更反映出城市得天獨厚的景觀資源并未能得到充分的挖掘與利用，景觀特色彰顯不足，反而成為了城市活力網絡斷層與割裂的原因之一。

（3）自然生境要素與人群的動態活動之間存在差異化的互動機制。

四面環山的興義主城區在生態環境的制約下，只能在山體與馬嶺河所圍繞的山地中尋求有限的拓展空間，而主城現狀各片區人群的動態結構在彰顯了城市人群整體流動特征的基礎上，更反映出生態制約下城市各方向拓展的不同態勢與問題，體現了城市生態特征與人群活動之間的差異化互動機制。

具體來看，舊城中心黃草街道的動態活動特征區分布最為多樣化（包含放縮、漲落、遷移等特征區），由于集聚了較大規模的行政辦公、商業配套以及居住功能，人群流動最為密集，且與街心花園、穿云洞公園等城市綠地形成了顯著的動態關聯，即在黃草街道中城市公園綠地形成了一日多時段的人群熱點區。因此，應在傳承舊城活力的同時，考慮其生態承載能力，在后期設計中予以錯時活動、生態保護等規劃策略。

東部桔山地區由于地勢較高、發展基礎較好，人群集聚中心以及流動方向相對顯著，遷移區、漲落區主要分布于桔山大道、桔豐路、萬峰大道等沿線，并未與橘山公園、大扁山公園等生境斑塊產生顯著關聯；而由于山體的阻隔，西部木賈、灑金街道的人群動態活動特征區分布較為分散，出現多處凹平區與生滅區，且作為國家級自然保護區的貴州醇酒廠，以及國家地質公園博物館、西南植物園等生境斑塊則同樣在人群動態分布中呈現出冷點特征。盡管此類生境斑塊具有較高景觀、游憩價值，但并未能與人群的動態活動形成聯系，進一步說明了其活力的缺失，未來理應結合景觀條件進行節點激活，打造為城市活力錨點。

表5 人群動態結構模式表

圖4 城市動態結構模式解析圖

（4）生態制約與人群動態結構視角下，城市中心體系亟待建構與優化，城市系統有待重構與整合。

當前，興義市的人群活動分布與城市動態結構呈現出主要依托東北的桔山大道與東南方向的萬峰林大道形成的“十字軸”發展態勢，說明城市目前仍處于中心集聚發展的階段，而在西北方向、西南方向以及外圍片區，由于生態環境、建設水平的制約，對人群的吸引力顯著較低，并未能形成與指狀延伸的城市形態特征有機結合的中心結構體系。

未來興義市的發展方向應在遵循生態制約的條件下予以重構，考慮風景名勝區、水源地和生態保護區的影響，保證城區生態廊道的通暢。同時應在考慮自然本體對城市產生活力網絡割裂的基礎上，充分利用城市各項功能設施與特色景觀格局，優化城市空間功能和結構。此外，也應結合人群動態結構中的冷熱點地區，權衡人群活動對綠地公園等生境要素的沖擊以及生境斑塊在城市活力網絡中產生的積極效應這兩大因素，提高冷點地區景觀資源的利用程度，而對熱點地區予以適度保護的規劃策略，從而達到對城市景觀資源的整體提升以及活力系統的構建與完善。

5 結語

本文的重點關注對象為生態脆弱地區，旨在基于LBS時空大數據，為人群時空間活動特征以及城市動態結構研究提供一個新的視角，通過發掘出我國西南地區城市在生態制約下呈現出的人群活動特征與問題，為生態脆弱地區的人本規劃提供科學依據。

根據對興義市的城市總體動態結構進行研究可知，脆弱生態環境制約下，人群的活動分布也的確呈現一定的特殊性：現狀人群活動分布形成了山體劃分下的多中心多等級式的分布特征，但既有的城市動態結構尚未與城市“掌式”的城市布局以及山環水穿的景觀格局相適應，且在不同的城市片區中，自然格局與人群動態結構形成了差異化的互動機制。因此，在未來的規劃設計中，應在尊重城市自然生態環境的基礎上，重視生態版塊、生境廊道的保護，并結合山城的自然景觀特色，以小尺度的空間營造手法，構建綠道體系，完善生境網絡；并結合城市各片區居民的活動特征與城市動態結構的研判，對于識別出的人群冷熱點區分別運用不同的規劃策略，織補與優化城市活動空間、公共服務功能配套等，構建城市活力系統，最終實現城、景、人融合發展。